摘要: 土壤中除草剂残留污染对农产品质量安全和人体生命健康造成严重威胁,已引发社会广泛关注。唑酮草酯是近年来使用广泛的一种三唑啉酮类除草剂,其在农田和草坪等环境中的高频施用造成了一定的生态环境风险。生物炭具有吸附能力强、低成本、易制备等优点,被广泛应用于农田土壤修复和改良。然而,目前有关生物炭对土壤唑酮草酯降解及其生物有效性的影响尚不清楚,一定程度上限制了唑酮草酯和生物炭的科学合理使用。本研究选取农业废弃物花生壳作为原料,在不同热解温度下制备了生物炭,利用元素分析、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等技术对生物炭进行了表征,探究了生物炭对唑酮草酯的吸附特性及机理;利用土培实验探明了生物炭对土壤唑酮草酯降解的影响,并借助高通量测序技术探究了土壤微生物的变化情况;采用人工土壤培养蚯蚓探究了生物炭对唑酮草酯生物有效性的影响。主要研究结果如下:
(1)成功制备了三种热解温度下的生物炭(BC300、BC500、BC700)。随着热解温度的升高,生物炭材料的比表面积与炭化程度逐渐增加,亲水性和极性降低,其中BC700形貌结构更加疏松多孔。红外光谱结果表明BC700脱去了较多含氧基团,具有较多的芳香碳。
(2)三种生物炭均可在48 h内达到吸附平衡,生物炭剂量越大,吸附速率越快。等温吸附结果发现,三种生物炭对唑酮草酯的吸附量随热解温度的增加而增加。Freundlich模型能较好地模拟BC300和BC500的吸附数据,而BC700的吸附数据较符合Langmuir模型。FTIR结果表明生物炭主要通过氢键、π-π和Cl-π作用固定唑酮草酯。
(3)研究发现,添加0.1%和0.5%的BC700可分别将唑酮草酯的降解半衰期由5.21 d延长到5.77 d和7.37 d。高通量测序结果表明,生物炭添加可缓解唑酮草酯降低土壤微生物群落多样性的问题,且生物炭添加比例越高,缓解程度越大。
(4)生物炭可有效降低唑酮草酯在人工土壤中的降解及其在蚯蚓体内的富集,且随生物炭含量的增加,作用愈加明显。原位孔隙水中唑酮草酯的浓度与蚯蚓体内浓度和BCF值的相关性分别为0.935~0.988、0.825~0.991,表明原位孔隙水法可有效预测唑酮草酯的生物有效性。 摘要译文